Mieszadło do kawy HotOrNot: 5 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:30

Inteligentne mieszadło do napojów, które powiadamia, kiedy można bezpiecznie pić bez poparzenia.

Inspiracją do tego projektu była moja własna. Zwykle piję herbatę zbyt szybko i przypalam się lub palę w ustach lub języku, a potem muszę chwilę poczekać, aż herbata ostygnie.

Niedawno przeprowadzono badania, które wskazały na związek między piciem gorącej herbaty a rakiem przełyku. Oto link do oryginalnego artykułu https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ijc.32220 https://edition.cnn.com/2019/03/20/health/hot-tea-linked -do-wyzszego-ryzyka-raka-badanie-intl/index.html

Projekt jest próbą stworzenia prostego mieszadła o niskiej mocy, które można zanurzyć w gorącym napoju. Sercem całego projektu jest układ ATtiny85 działający z częstotliwością 8 MHz. Pomiar temperatury zapewnia czujnik DS18b20.

Kieszonkowe dzieci

ATtiny85 SOIC Chip lub moduł Digispark

Czujnik DS18b20

Diody LED WS2812B

A03416 Mosfet

Krok 1: Wymagania i analiza

Zacząłem od wyobrażenia sobie, jak użytkownik chciałby wchodzić w interakcję z urządzeniem i jakie byłyby jego doświadczenia. Przeprowadziłem wywiady z kilkoma moimi przyjaciółmi za pomocą mediów społecznościowych i grup czatowych. Pomogło mi to w ustaleniu podstawowych wspólnych wymagań.

Oto wspólne wymagania

1) Spodziewam się, że urządzenie będzie działać dwa razy dziennie przez miesiąc, bez konieczności ładowania.

2) Spodziewam się poznać dokładną temperaturę mojego napoju.

3) Powinnam być w stanie łatwo czyścić urządzenie pod bieżącą wodą.

4) W ogóle nie powinien być ciężki i powinien ważyć mniej więcej ołówek.

5) Powinien mieć kształt mieszadła.

6) Powinien być w stanie dostosować się do każdego znanego mi rodzaju kubka do herbaty/kawy.

Niektóre z nich były łatwe do spełnienia (na podstawie doświadczenia), ale niektóre były dużymi znakami zapytania. Niemniej jednak zacząłem zamawiać części i składać podstawowy układ roboczy, który mogłem przetestować i udoskonalić moje cele.

Początkowo myślałem o nie zakładaniu baterii litowo-jonowej z powodu ograniczeń eksportowych i certyfikatów, przez które musiałbym przejść. Zaplanowałem swój projekt wokół baterii CR2032.

Bateria działała przez kilka dni, zanim się rozładowała i została odrzucona, ponieważ rozmiar produktu zaczynał być niewygodny. Niektórzy z moich znajomych odrzucili cały pomysł na wymienną baterię.

Mój początkowy prototyp był również z dyskretną diodą LED czerwoną, żółtą i zieloną podłączoną do pinów I/O Attiny85.

Otrzymywałem coraz lepsze informacje o zachowaniu systemu, co dało mi pewność, że mogę spróbować kodu Low Power dla Attiny85.

Krok 2: Przejdź na WS2812B i MOSFET o niskiej mocy

Zmieniłem diodę LED z dyskretnych na RGB WS2812, ponieważ zdałem sobie sprawę, że mogę potrzebować więcej pinów I/0 do innych zastosowań.

Odkryłem również, że dyskretne diody LED nie mogą zapewnić dobrego zakresu oświetlenia, na który liczyłem, bez uciekania się do PWM.

Miałem doświadczenie w korzystaniu z diod LED WS2812B i bardzo mi się podobały, ale moim jedynym zmartwieniem był ich pobór prądu w trybie gotowości, gdy nie są oświetlone. Każda dioda LED może pobierać około 1mA z akumulatora, gdy nie jest włączona, marnując w ten sposób energię, gdy nie ma sensu.

Nawet gdy Attiny85 spał, pobór prądu przez DS18B20 i taśmę WS2812LED z 8 diodami wynosił około 40mA, co stanowiło duży problem.

Był pomysł. Mogłem włączyć diody LED i czujnik DS18b20 za pomocą Mosfeta na poziomie logicznym.

Spojrzałem na MOSFET AO3416, który ma niski Rds (on) 22 mohm, gdy Vgs był 1,8v. Ten MOSFET był idealnym wyborem do umieszczenia w moim obwodzie i wypróbowania.

Udało mi się obniżyć zapotrzebowanie na moc w trybie czuwania z 40mA do poniżej 1uA za pomocą MOSFET. Zyskałem trochę na czas, ponieważ po odcięciu zasilania diody LED należy ją ponownie zainicjować, co zajęło trochę czasu.

Dotykowy przycisk na obrazku służy do wybudzenia Attiny85 z głębokiego snu i rozpoczęcia pomiaru temperatury.

Ogólnie byłem zadowolony z całego obwodu i zdecydowałem, że nadszedł czas na zaprojektowanie płytki drukowanej dla całego obwodu.

Krok 3: Projektowanie PCB

Zajęło mi trochę czasu zaprojektowanie PCB w EasyEDA.

Najpierw wykonałem dwa skoki wiary

1) Nie testowałem diody SK6812, ponieważ jej nie miałem. Przeczytałem dokumentację LED i była identyczna jak LED WS2812B.

2) Układ ładowarki Li Ion LTC4054, nie miałem doświadczenia w projektowaniu z nim.

Przeczytałem wiele notatek projektowych dotyczących obu urządzeń i zorientowałem się, czego potrzebuję.

W przypadku diody SK6812 zorientowałem się, że ręczne lutowanie będzie uciążliwe. Ale nie mogłem znaleźć alternatywy dla tego. Easy EDA zaprojektował ten komponent i użyłem go. Skończyło się również na sprawdzeniu układu padów projektu z rysunkami mechanicznymi LED i potwierdziłem, że jest to zgodne ze specyfikacją.

LTC4054 był dość prostym układem do pracy. Ustawiłem prąd ładowania akumulatora litowo-jonowego na 200mA, ponieważ mój akumulator miał 300mA, co sprawia, że prąd ładowania jest mniejszy niż 1C i jest ogólnie dobry dla akumulatora i ładowarki.

Kupiłem baterię i dopasowałem do niej swoją płytkę drukowaną. Wymiary PCB to 30mm x 15mm, a wszystkie elementy znajdują się na górnej stronie PCB.

Złożyłem zamówienie w JLCPCB w ostatnim tygodniu kwietnia, a PCB pojawiły się w pierwszym tygodniu maja.

Kolega, który ma pewną rękę i na co dzień naprawia telefon, pomógł mi przylutować wszystkie części do PCB. Najtrudniejsza była dioda SK6812. Wszystko zostało zlutowane wyjątkowo dobrze, wykonałem również podstawowe testy na diodach LED i ATtiny. Na poniższym obrazku diody LED SK6812 to dwa białe prostokąty na krawędzi płyty, po prawej stronie złącza USB Micro. LTC4054 to mały 5-nożny układ scalony na środku planszy. Biały prostokąt na dolnej krawędzi tablicy (po prawej stronie LTC4054) to przycisk resetowania. ATtiny85 to ośmionożny układ SOIC. trzy klocki po prawej stronie służą do podłączenia czujnika temperatury DS18b20.

Mam adapter SOIC, którego używam do programowania ATtiny85, jak pokazano poniżej.

Na bieżąco aktualizuję postępy w moim projekcie na Instagramie, dodając również filmy.

Krok 4: Używanie mieszadła

Aby użyć mieszadła, wystarczy

1) Zanurz metalowy czujnik w swoim napoju.

2) Naciśnij przycisk na mieszadle

3) Poczekaj, aż diody na mieszadle zaczną migać na żółto. Twój napój ma odpowiednią temperaturę do picia.

Krok 5: Rozwijanie pomysłu

Po przeprowadzeniu badań zdałem sobie sprawę, że dobrze byłoby porozmawiać o projekcie i wzbudzić zainteresowanie nim, zanim przeznaczę na niego więcej zasobów.

Urządzenie działa od dwóch miesięcy, gdy jest używane dwa razy dziennie.

Mam do wyboru przejście na termoparę lub pozostanie przy obecnym wyborze czujnika. Termopara jest bardziej odporna na temperatury i jest dostępna w naprawdę małych rozmiarach. Z drugiej strony DS18b20 jest na tyle duży, że nie można go włożyć do małego owalnego gniazda, które jest dostępne w większości kubków do kawy, gdy kupujesz kawę w Starbucks lub Dunkin Donuts.

Są też problemy z bezpieczeństwem. Możliwe, że do kawy przedostanie się substancja chemiczna użyta w procesie lutowania i produkcji. Kolejnym problemem jest czyszczenie mieszadła, ponieważ w środku będzie bateria, więc konstrukcja musi na to pozwolić. Zaprojektowanie czegoś takiego nie jest trudne, ale też nie jest trywialne.

Rozpocząłem wstępną dyskusję z kilkoma pomocnymi projektantami przemysłowymi, którzy wydają się być zainteresowani współpracą, zobaczmy, dokąd prowadzi projekt. Będzie wspaniale, jeśli projekt odniesie komercyjny sukces i pomoże ratować życie. Skrzyżowane palce!